Les altérations des roches : comment l'eau et l'air transforment les paysages
Une montagne qui fond comme un sucre dans l'eau ? Découvre comment les roches, pourtant si solides, sont sculptées et transformées en permanence !
Introduction
Observe un vieux mur en pierre ou une falaise au bord de la mer. Tu remarques des fissures, des éclats, parfois une poudre colorée à la surface. Ces signes ne sont pas le fruit du hasard, mais celui de processus naturels constants : les altérations. Alors que l'érosion (vue dans la leçon précédente) enlève les matériaux, l'altération, elle, les fragilise et les transforme sur place. C'est la première étape essentielle du cycle des roches et de la formation des paysages.
Pourquoi une roche dure et compacte finit-elle par se désagréger en sable ou en argile sans être transportée ?
1⚙️ L'altération physique : la roche se fragmente
L'altération physique (ou mécanique) consiste en une fragmentation de la roche sans modification de sa composition chimique. La roche se casse en morceaux de plus en plus petits. C'est comme briser un sucre en morceaux : les fragments sont identiques au bloc initial, juste plus petits.
Fragmentation mécanique d'une roche en éléments plus petits, sans changement de sa composition chimique.
Le principal agent de l'altération physique est l'eau, via son changement d'état et son infiltration.
Plusieurs mécanismes sont à l'œuvre :
La gélivation (ou cryoclastie) : C'est le plus efficace en climat froid ou montagnard. L'eau s'infiltre dans les fissures de la roche. En gelant, elle augmente de volume (d'environ 9%), ce qui exerce une pression énorme sur les parois de la fissure. En dégelant, la pression retombe. Après des centaines de cycles gel/dégel, la roche finit par éclater. C'est ce qui produit les éboulis au pied des falaises.
L'action des racines (phytoclastie) : Les racines des arbres et des plantes cherchent l'eau et les nutriments. En grandissant dans les fissures, elles exercent une pression latérale qui écarte les fragments de roche, comme un coin.
Les variations thermiques (thermoclastie) : Dans les déserts, les écarts de température entre le jour (très chaud) et la nuit (froid) sont importants. Les minéraux qui composent la roche se dilatent et se rétractent différemment, créant des contraintes internes qui finissent par la faire éclater en surface.
Schéma montrant comment l'eau, en gelant et dégelant dans une fissure, fragmente progressivement la roche.
- 1. 1. Eau liquide s'infiltre
- 2. 2. Gel : expansion et pression
- 3. 3. Dégel : pression retombe
- 4. 4. Fissure agrandie après de nombreux cycles
2🧪 L'altération chimique : la roche se transforme
L'altération chimique modifie la composition minéralogique de la roche. Les minéraux originaux (comme les feldspaths du granite) réagissent avec l'eau, les gaz atmosphériques (dioxygène, dioxyde de carbone) ou les acides organiques. Ils se transforment en nouveaux minéraux, souvent plus tendres et plus solubles, comme les argiles.
Transformation des minéraux d'une roche par réaction chimique avec des agents comme l'eau, le CO2 ou l'O2, aboutissant à de nouveaux produits (argiles, ions dissous).
L'eau est le principal vecteur de l'altération chimique, surtout si elle est acide ou chargée en CO2.
Les principales réactions sont :
La dissolution : Certains minéraux, comme le calcaire (carbonate de calcium - CaCO3), sont solubles dans l'eau acide. L'eau de pluie, chargée en CO2 atmosphérique, forme de l'acide carbonique faible (H2CO3) qui dissout le calcaire. C'est le processus à l'origine des grottes et des paysages karstiques.
L'hydrolyse : C'est la réaction clé pour les roches silicatées comme le granite. Les feldspaths (minéraux riches en silice, aluminium, potassium) réagissent avec l'eau chargée en ions H+. Ils se décomposent pour former d'une part des argiles (qui restent sur place) et d'autre part des ions en solution (comme les ions potassium K+, sodium Na+, calcium Ca2+) qui sont emportés par l'eau.
L'oxydation : Elle concerne surtout les minéraux contenant du fer (comme la biotite dans le granite). Au contact du dioxygène de l'air et de l'eau, le fer passe à un état oxydé (rouille), donnant des colorations rouilles, orangées ou brunes caractéristiques aux roches altérées.
3🌦️ Altération et climat : une relation étroite
Le type et l'intensité de l'altération dépendent fortement du climat, car celui-ci contrôle la température et la disponibilité en eau.
En climat froid et/ou sec (montagnes, régions polaires, déserts froids) :
L'eau liquide est rare ou souvent gelée. L'altération physique (gélivation) domine. Les paysages sont caractérisés par des éboulis, des champs de blocs anguleux et peu de sol épais.
En climat chaud et humide (forêt équatoriale, tropicale) :
Les températures sont élevées et les pluies abondantes. Les réactions chimiques sont accélérées. L'altération chimique (hydrolyse) est très intense et domine. Elle peut atteindre plusieurs dizaines de mètres de profondeur, transformant complètement la roche mère en une épaisse couche d'argile et d'oxydes de fer (c'est la latéritisation).
En climat tempéré (comme en France) :
Les deux types d'altération coexistent. L'altération chimique est active pendant les périodes chaudes et humides, tandis que la gélivation agit en hiver. On observe des profils d'altération complets, avec une roche fracturée en surface qui passe progressivement à la roche saine en profondeur.
Schéma comparant la profondeur et le type d'altération sous différents climats.
- 1. Climat froid : altération physique superficielle
- 2. Climat tempéré : mélange physique/chimique
- 3. Climat chaud humide : altération chimique profonde (latérite)
4⛰️ Du granite à l'arène : un exemple concret
Prenons l'exemple du granite, une roche magmatique très répandue, pour illustrer le devenir d'une roche altérée.
1. En surface : L'altération physique (gélivation, racines) fragmente le massif granitique en gros blocs arrondis (les "boules").
2. Entre les blocs et en profondeur : L'altération chimique, principalement l'hydrolyse, attaque les feldspaths. Ils se transforment en argile blanche (kaolinite). Le quartz, résistant, reste sous forme de grains de sable.
3. Résultat : On obtient un matériau meuble, sableux et argileux, appelé arène granitique. C'est cette poudre blanchâtre qui entoure les boules de granite. L'arène, facilement mobilisable par l'eau, sera le point de départ de l'érosion et pourra participer à la formation d'un sol.
L'altération produit donc les matériaux meubles (sables, argiles, ions dissous) qui seront ensuite transportés par l'érosion. Elle est la première étape indispensable du cycle des roches sédimentaires.
Ces produits de l'altération, mélangés à de la matière organique (débris de plantes, animaux), formeront le sol, support essentiel de la vie continentale. L'altération est donc un processus géologique fondamental qui relie la géosphère (roches) à la biosphère (vie).
Vocabulaire
Ensemble des processus qui modifient les roches à la surface de la Terre, les fragmentant (physique) ou transformant leurs minéraux (chimique).
Ex: L'altération du granite produit de l'arène.
Altération physique par le gel de l'eau dans les fissures de la roche, provoquant son éclatement.
Ex: La gélivation est responsable des éboulis au pied des falaises en montagne.
Réaction chimique entre un minéral silicate (ex: feldspath) et l'eau (ions H+), conduisant à la formation d'argile et d'ions en solution.
Ex: L'hydrolyse des feldspaths du granite forme de la kaolinite (argile).
Altération chimique où un minéral passe en solution dans l'eau, notamment les roches carbonatées (calcaires) en milieu acide.
Ex: La dissolution du calcaire par l'eau de pluie acide crée des grottes.
Dépôt meuble résultant de l'altération profonde d'une roche, comme le granite, composé de sable (quartz) et d'argile.
Ex: Les chaos de boules granitiques reposent sur une arène.
Processus d'altération chimique intense en climat chaud et humide, aboutissant à une couche épaisse riche en oxydes de fer et d'aluminium (latérite).
Ex: Les sols rouges des régions tropicales sont le résultat d'une latéritisation.
Réaction chimique où un élément (souvent le fer) se combine avec l'oxygène, changeant la couleur de la roche (rouille).
Ex: L'oxydation de la biotite donne des teintes rouille au granite altéré.
Coupe verticale montrant la transition progressive, de la surface vers la profondeur, entre la roche altérée et la roche saine.
Ex: Un profil d'altération complet montre la roche mère, la roche fracturée, l'arène et le sol.
